一种高重复频率高压纳秒脉冲电源系统技术方案

本发明专利技术涉及一种高重复频率高压纳秒脉冲电源系统，包括：电源模块、控制器、磁芯复位电路、滤波输入电路、IGBT开关电路和磁脉冲压缩电路；电源模块分别为磁芯复位电路和滤波输入电路提供电能；控制器用于接收外部触发信号并输出IGBT开关电路控制信号和磁芯复位电路控制信号到IGBT开关电路和磁芯复位电路；IGBT开关电路用于在接收到控制信号后控制滤波输入电路和磁脉冲压缩电路的通断；滤波输入电路用于在电路导通时对电源模块提供的电能进行滤波后向磁脉冲压缩电路提供高压纳秒脉冲输出所需电能；磁芯复位电路用于在接收到控制信号对输出脉冲后的磁脉冲压缩电路进行复位。本发明专利技术可以广泛应用于脉冲电源技术领域。明可以广泛应用于脉冲电源技术领域。明可以广泛应用于脉冲电源技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种高重复频率高压纳秒脉冲电源系统


[0001]本专利技术属于脉冲电源
，具体涉及一种高重复频率高压纳秒脉冲电源系统。

技术介绍

[0002]高压纳秒脉冲电源在等离子放电、灭菌消毒、废气废水处理、制取臭氧等领域具有广泛应用。
[0003]在等离子体领域，脉冲电源参数，如重复频率、上升沿等，能直接影响介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge,DBD)获取的非平衡态等离子体特性，采用纳秒脉冲电源制造的DBD等离子体较传统技术更加均匀；脉冲放电脱硫脱硝技术需要上升沿为纳秒级的高压脉冲电源，这需要脉冲电源具有较窄的脉宽、较快的上升沿和更长的寿命，且要求脉冲电源长时间工作，而传统的微秒级脉冲电源已无法满足该要求。
[0004]综上，传统的高压纳秒脉冲电源无法同时满足高重复频率、窄脉宽、快上升沿、高电压幅值的输出要求，且实验装置体积大，设备复杂，瞬时功率不足，能量损耗大。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种高重复频率高压纳秒脉冲电源系统，能够在高重复频率工作模式下输出高压纳秒级脉冲，脉冲重复频率可达10kHz，脉宽为100ns，输出电压幅值可达20kV。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0007]一种高重复频率高压纳秒脉冲电源系统，其包括：电源模块、控制器、磁芯复位电路、滤波输入电路、IGBT开关电路以及磁脉冲压缩电路；
[0008]所述电源模块分别为所述磁芯复位电路和滤波输入电路提供电能；
[0009]所述控制器用于接收外部触发信号并输出IGBT开关电路控制信号和磁芯复位电路控制信号到所述IGBT开关电路和磁芯复位电路；
[0010]所述IGBT开关电路用于在接收到IGBT开关电路控制信号后控制所述滤波输入电路和磁脉冲压缩电路的通断；
[0011]所述滤波输入电路用于在电路导通时对所述电源模块提供的电能进行滤波后向所述磁脉冲压缩电路提供高压纳秒脉冲输出所需电能；
[0012]所述磁芯复位电路用于在接收到磁芯复位电路控制信号对输出脉冲后的磁脉冲压缩电路进行复位。
[0013]进一步，所述电源模块包括第一直流电源和第二直流电源，且所述第一直流电源和第二直流电源分别用于为所述磁芯复位电路和滤波输入电路提供不同直流电压。
[0014]进一步，所述控制器包括滤波模块、边沿检测模块、第一脉宽控制模块、第一幅值控制模块、延时控制模块、第二脉宽控制模块和第二幅值控制模块；所述滤波模块用于对接收的外部触发信号进行滤波，滤波后的外部触发信号经所述边沿检测模块后分为两路，一
路依次经所述第一脉宽控制模块和第一幅值控制模块后，作为IGBT开关电路控制信号输出到所述IGBT开关电路；另一路依次经延时控制模块、第二脉宽控制模块和第二幅值控制模块后，作为磁芯复位电路控制信号输出到所述磁芯复位电路。
[0015]进一步，所述控制器外部设置有接地的金属外壳。
[0016]进一步，磁芯复位电路包括光耦芯片、MOS管驱动芯片、第一电阻、第一电感、第一电容、MOS管、第二电阻和第二电容；
[0017]所述光耦芯片的输入端与所述控制器的输出端相连，所述光耦芯片的输出端与所述MOS管驱动芯片相连，用于对所述控制器发送的磁芯复位电路控制信号进行滤波后，输入至所述MOS管驱动芯片；
[0018]所述MOS管驱动芯片与所述MOS管的栅极相连，用于控制所述MOS管的通断；
[0019]所述第一电容的两端与第一直流电源相连，用于对所述第一直流电源输入的电压进行滤波和电能储存；
[0020]所述第一电阻和第一电感串联组成限流电路，用于防止电路电流过大；
[0021]所述第二电阻和第二电容串联组成RC吸收电路并联在所述MOS管两端，用于防止所述MOS管两端电压过大而损坏。
[0022]进一步，所述滤波输入电路包括第三电阻、第三电容、第四电阻和第二电感；所述第三电阻和第三电容并联后连接在所述第二直流电源输出正负极两端，并且所述第三电容负极接地；所述第四电阻的一端连接在所述第三电容的正极，所述第四电阻的另一端与所述第二电感的一端连接，所述第二电感另一端依次与所述磁脉冲压缩电路、IGBT开关电路串联。
[0023]进一步，所述IGBT开关电路包括IGBT模块、第五电阻和第四电容；所述第五电阻和第四电容串联组成RC吸收电路并联在所述IGBT模块的集电极和发射极两端，且所述IGBT模块的集电极还经磁脉冲压缩电路与所述滤波输入电路相连，所述IGBT模块的发射极接地；所述IGBT模块的栅极与所述控制器的输出端相连用于接收所述控制器发送的IGBT开关电路控制信号。
[0024]进一步，所述磁脉冲压缩电路包含变压器，第一储能电容、第二储能电容、第一磁开关和第二磁开关；
[0025]所述变压器包含磁芯、第一初级绕组、第二初级绕组和次级绕组，且所述第一初级绕组与所述磁芯复位电路相连，由所述第一直流电源经所述磁芯复位电路向所述变压器的磁芯提供磁感应强度复位所需电能；所述第二初级绕组与所述滤波输入电路和IGBT开关电路相连，用于对滤波输入电路输入的电压进行升压；
[0026]所述第二储能电容与所述变压器上的所述次级绕组并联，同时依次与所述第一储能电容、第一磁开关和第二磁开关串联，且所述第二储能电容和第二磁开关连接处接地，用于对所述变压器升压后的电压脉冲进行陡化脉冲及减小脉宽，并输出到与所述第二磁开关并联的负载上。
[0027]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0028]1、本专利技术采用磁脉冲压缩技术，能够显著陡化电压脉冲并减小脉宽，输出电压脉冲上升沿为纳秒级，脉宽小于100ns，电压可达20kV，结构紧凑、能量损耗小、寿命长；
[0029]2、本专利技术采用磁芯复位电路清除变压器磁芯剩磁，使每次输出脉冲时变压器磁芯
的磁感应强度相同，保证在高重复频率下高压纳秒脉冲电源每次输出的高压纳秒脉冲电压幅值相等；
[0030]3、本专利技术将控制器置于接地的金属外壳中，有效防止控制信号受到高压电磁脉冲的干扰，使输出高压纳秒脉冲更加稳定。
[0031]因此，本专利技术可以广泛应用于脉冲电源领域。
附图说明
[0032]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
[0033]图1为本专利技术实施例提供的高重复频率高压纳秒脉冲电源系统的结构示意图；
[0034]图2为本专利技术实施例提供的控制器结构示意图；
[0035]图3为本专利技术实施例提供的复位电路结构示意图。
具体实施方式
[0036]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高重复频率高压纳秒脉冲电源系统，其特征在于，包括：电源模块、控制器、磁芯复位电路、滤波输入电路、IGBT开关电路以及磁脉冲压缩电路；所述电源模块分别为所述磁芯复位电路和滤波输入电路提供电能；所述控制器用于接收外部触发信号并输出IGBT开关电路控制信号和磁芯复位电路控制信号到所述IGBT开关电路和磁芯复位电路；所述IGBT开关电路用于在接收到IGBT开关电路控制信号后控制所述滤波输入电路和磁脉冲压缩电路的通断；所述滤波输入电路用于在电路导通时对所述电源模块提供的电能进行滤波后向所述磁脉冲压缩电路提供高压纳秒脉冲输出所需电能；所述磁芯复位电路用于在接收到磁芯复位电路控制信号对输出脉冲后的磁脉冲压缩电路进行复位。2.如权利要求1所述的一种高重复频率高压纳秒脉冲电源系统，其特征在于，所述电源模块包括第一直流电源和第二直流电源，且所述第一直流电源和第二直流电源分别用于为所述磁芯复位电路和滤波输入电路提供不同直流电压。3.如权利要求1所述的一种高重复频率高压纳秒脉冲电源系统，其特征在于，所述控制器包括滤波模块、边沿检测模块、第一脉宽控制模块、第一幅值控制模块、延时控制模块、第二脉宽控制模块和第二幅值控制模块；所述滤波模块用于对接收的外部触发信号进行滤波，滤波后的外部触发信号经所述边沿检测模块后分为两路，一路依次经所述第一脉宽控制模块和第一幅值控制模块后，作为IGBT开关电路控制信号输出到所述IGBT开关电路；另一路依次经延时控制模块、第二脉宽控制模块和第二幅值控制模块后，作为磁芯复位电路控制信号输出到所述磁芯复位电路。4.如权利要求1所述的一种高重复频率高压纳秒脉冲电源系统，其特征在于，所述控制器外部设置有接地的金属外壳。5.如权利要求2所述的一种高重复频率高压纳秒脉冲电源系统，其特征在于，磁芯复位电路包括光耦芯片、MOS管驱动芯片、第一电阻、第一电感、第一电容、MOS管、第二电阻和第二电容；所述光耦芯片的输入端与所述控制器的输出端相连，所述光耦芯片的输出端与所述MOS管驱动芯片相连，用于对所述控制器发送的磁芯复位电路控制信号进行滤波后，输入至所述MOS管驱动芯片；所述MOS...

【专利技术属性】
技术研发人员：李挺，王晋魁，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：